關(guān)于氣化方法選擇意見(jiàn)及評(píng)價(jià)

1、關(guān)于氣化方法的選擇意見(jiàn)張大晶（水煤漿氣化及煤化工國(guó)家工程研究中心，滕州277527）摘 要 介紹了國(guó)際上先進(jìn)的煤氣化工藝技術(shù)特點(diǎn)，以及我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置的運(yùn)行情況，其工藝技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞 干煤粉 水煤漿 氣流床 加壓氣化目前國(guó)際上先進(jìn)的煤氣化工藝技術(shù)主要是Shell公司的SCGP粉煤加壓氣化工藝、德國(guó)未來(lái)能源公司的GSP粉煤加壓氣化工藝，美國(guó)德士古公司的水煤漿加壓氣化工藝和國(guó)內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化工藝。選擇合適的氣流床煤氣化技術(shù)關(guān)鍵是看：技術(shù)的成熟程度（運(yùn)行的可靠性）；投資；項(xiàng)目建設(shè)周期；專(zhuān)利商的工程支持能力

2、；運(yùn)行與維護(hù)成本。1氣流床加壓粉煤氣化Shell1.1技術(shù)先進(jìn)1) 煤種的適應(yīng)性比水煤漿氣化寬水煤漿對(duì)煤灰分20，灰熔點(diǎn)1350（FT3）粉煤氣化對(duì)煤灰分8，灰熔點(diǎn)11001500，一般1450以上要加石灰石。關(guān)于煤的含水（內(nèi)水）影響水煤漿的濃度，粉煤的干燥用熱量。2) 技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于水煤漿粉煤氣化比水煤漿氣化少氣化3040水分，故可省煤10，省氧氣1525。冷媒氣效率比水煤漿高6個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到8083；有效氣成分比水煤漿高710個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到9093；C轉(zhuǎn)化率比水煤漿高14個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到99；用于IGCC可使熱效率達(dá)43。3) 內(nèi)件壽命比水煤漿長(zhǎng)粉煤氣化的水冷壁代替耐火磚，設(shè)計(jì)壽命25年，耐火

3、磚1至2年，噴嘴壽命可達(dá)8000小時(shí)，水煤漿的噴嘴壽命3至4個(gè)月1.2引進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重1) 工業(yè)應(yīng)用業(yè)績(jī)不足。Shell目前世界上僅有一套用于發(fā)電的Shell氣化在運(yùn)行，Shell氣化技術(shù)用于化工生產(chǎn)尚無(wú)先例，開(kāi)車(chē)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)少，可靠性有待驗(yàn)證。2) 國(guó)產(chǎn)化程度較低，投資大。是Texaco氣化工藝的1.4-1.5倍。Shell氣化爐、導(dǎo)管、廢鍋內(nèi)件定點(diǎn)西班牙、印度制造，加工周期14至18個(gè)月，海運(yùn)3個(gè)月，設(shè)備、儀表材料的國(guó)產(chǎn)化率與水煤漿相比差距也較大。3) 建廠時(shí)間長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，水煤漿建廠時(shí)間2至3年，Shell建廠時(shí)間3至5年。2001年與Shell簽約的洞庭、雙環(huán)、柳州只有雙環(huán)于2006年5月

4、試車(chē)2003年與Shell簽約的中石化安慶、云天化、云南沾化，只有安慶2006年10月開(kāi)始煮爐。建廠時(shí)間長(zhǎng)，將會(huì)使企業(yè)承受較長(zhǎng)的還貸期，負(fù)擔(dān)較重。Shell氣化在應(yīng)用于制氫和氨時(shí)，由于廢鍋流程，合成氣的熱量用于產(chǎn)生高壓和中壓蒸汽，氣相中含有的蒸汽較少，3.0MPa下僅14，因此后邊的變換要補(bǔ)充大量的水蒸氣，用于甲醇生產(chǎn)也要補(bǔ)充一部分水蒸氣于變換工序，工藝上較麻煩，也使得能量利用不合理?？傊壳皣?guó)內(nèi)18套之多引進(jìn)Shell氣化技術(shù)用于化工生產(chǎn)，實(shí)際上風(fēng)險(xiǎn)很大，等同于高價(jià)為ShellL做工業(yè)應(yīng)用的大規(guī)模示范，現(xiàn)有雙環(huán)、安慶、湖北枝江、湖南洞氮四家試車(chē)。據(jù)反映試車(chē)期間曾發(fā)生過(guò)噴嘴處水冷壁燒漏，噴嘴

5、保護(hù)罩燒壞，渣口處水冷壁腐蝕嚴(yán)重等。由于沒(méi)有ShellL氣化裝置在化工成熟應(yīng)用為依托，因此消化吸收掌握乃至達(dá)到年設(shè)計(jì)能力，要經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間，估計(jì)不會(huì)比當(dāng)年Texaco氣化耗時(shí)短。2 氣流床加壓粉煤氣化GSP2.1技術(shù)先進(jìn)GSP氣化在主要技術(shù)指標(biāo)上與Shell氣化基本處于同一水平，其主要區(qū)別之處是Shell是多噴嘴在側(cè)壁對(duì)置，合成氣上行，廢鍋流程，而GSP是單噴嘴頂噴，合成氣下行，激冷流程，因此更適于化工生產(chǎn)。2.2實(shí)力與業(yè)績(jī)不足1) GSP工藝技術(shù)于上世紀(jì)70年代末由前民主德國(guó)的德意志燃料研究所開(kāi)發(fā)，1990年?yáng)|西德合并后，研究所人員流失嚴(yán)重，改組頻繁，目前該技術(shù)屬于未來(lái)能源公司GmbHF。未來(lái)

6、能源公司GmbHF設(shè)計(jì)力量薄弱，缺乏向用戶提供詳細(xì)設(shè)計(jì)所需的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)完整資料。2) 1984年，在黑水泵市（SchwarZePumpe）的勞柏格（Laubag）電廠建立了一套130MW冷壁爐的商業(yè)化裝置，原料處理能力為720噸/天。1990年前曾氣化過(guò)褐煤并達(dá)到過(guò)滿負(fù)荷，但1990后又改為氣化液態(tài)焦油、化學(xué)廢液、城市垃圾等，粉煤輸送系統(tǒng)已不存在，且無(wú)法向技術(shù)尋求方提供當(dāng)年氣化褐煤的有關(guān)資料、數(shù)據(jù)，實(shí)際上已不存在GSP粉煤氣化裝置，沒(méi)有運(yùn)行的粉煤氣化示范裝置可供考察。3) 盡管GSP技術(shù)指標(biāo)與Shell處于同一水平，且激冷流程更適于化工生產(chǎn)，投資介于Shell與水煤漿氣化之間，被不少?gòu)S家看好，但

7、由于其不可忽視的風(fēng)險(xiǎn)，誰(shuí)首先引進(jìn)，誰(shuí)就等于替GSP進(jìn)行工業(yè)示范，因此尋求技術(shù)方更加謹(jǐn)慎，原與未來(lái)能源簽約引進(jìn)GSP技術(shù)的某企業(yè)，現(xiàn)已暫停合同執(zhí)行，并轉(zhuǎn)向多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)進(jìn)行一期建設(shè)。3 德士古水煤漿氣化（Texaco）德士古氣化是以60%濃度水煤漿為原料，單噴嘴頂噴，耐火磚熱壁，激冷流程為主，在我國(guó)80年代末魯南化肥廠引進(jìn)該技術(shù)時(shí)，國(guó)際上已有四套工業(yè)裝置運(yùn)行。魯南化肥廠首次引進(jìn)德士古水煤漿氣化（Texaco）技術(shù)，用于生產(chǎn)合成氨，由化工部一院詳細(xì)設(shè)計(jì)，國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到90以上，裝置于1993年建成試車(chē)，1995年即超過(guò)設(shè)計(jì)年產(chǎn)水平，以后較快的將負(fù)荷提到130以上穩(wěn)定運(yùn)行，單爐最長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)行

8、101天，年運(yùn)轉(zhuǎn)率90，開(kāi)車(chē)以來(lái)前6年年均運(yùn)行326.8天，1995年榮獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，這充分說(shuō)明了國(guó)內(nèi)在Texaco氣化工程設(shè)計(jì)、設(shè)備國(guó)產(chǎn)化、操作管理等方面消化吸收改造卓有成效，對(duì)其技術(shù)已全面掌握。德士古水煤漿氣化（Texaco）在魯南化肥廠成功示范，揭開(kāi)了我國(guó)潔凈煤氣化的序幕，目前我國(guó)正在運(yùn)行的裝置24臺(tái)，在建裝置10臺(tái)，主要用于合成氨、甲醇的生產(chǎn)。4 新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化在對(duì)德士古技術(shù)的全面掌握和消化吸收的基礎(chǔ)上，九五期間，由華東理工大學(xué)和兗礦魯南化肥廠共同承擔(dān)了完成了“多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化”中試研究， 2000年10月通過(guò)國(guó)家石油和化學(xué)工業(yè)局組織的鑒定驗(yàn)收，認(rèn)為該技術(shù)“填

9、 補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白”和“國(guó)際領(lǐng)先水平”。 并獲得一系列發(fā)明專(zhuān)利和實(shí)用新型專(zhuān)利。 十五期間進(jìn)入工業(yè)示范階段，在華魯恒升和兗礦國(guó)泰建設(shè)的3臺(tái)氣化爐已進(jìn)入正常工業(yè)運(yùn)行。以新型多噴嘴對(duì)置水煤漿氣化技術(shù)為依托的兩個(gè)項(xiàng)目“多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)”、“大型氮肥全流程技術(shù)和成套裝置技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”雙雙獲中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)2006年度科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。4.1氣化爐流場(chǎng)及反應(yīng)機(jī)理在實(shí)驗(yàn)室以直徑1000mm的大型冷模對(duì)置氣化爐有機(jī)玻璃模型對(duì)氣化爐流場(chǎng)進(jìn)行了探討。流場(chǎng)可劃分為：射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股(上下2股)、回流區(qū)(共6個(gè))、折返流區(qū)、管流區(qū)1，如圖1所示。圖1 多噴嘴對(duì)置式氣化爐流場(chǎng)示意圖1射流區(qū)；2撞擊區(qū)；

10、3撞擊流股區(qū)；4回流區(qū)；5折返流區(qū)；6管流區(qū)撞擊區(qū)是氣化爐內(nèi)物流間混合最為劇烈的區(qū)域。研究表明，它從以下幾方面強(qiáng)化了氣化爐內(nèi)的霧化與混合過(guò)程。(1) 撞擊區(qū)內(nèi)氧氣與煤漿的相向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生剪切力，促使煤漿液滴進(jìn)一步破碎，完善了霧化過(guò)程；(2) 四股射流經(jīng)過(guò)撞擊才形成撞擊流股，其軸向速度衰減明顯加快，爐內(nèi)流體的停留時(shí)間分布得到改善，即“短路”現(xiàn)象受到抑制；(3) 撞擊區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的顆粒振蕩現(xiàn)象，使顆粒停留時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)；(4) 撞擊區(qū)內(nèi)速度脈動(dòng)劇烈，湍流強(qiáng)度最大2，說(shuō)明混合效果最好。水煤漿、氧進(jìn)入氣化室后，相繼進(jìn)行霧化、傳熱、蒸發(fā)、脫揮發(fā)分、燃燒、氣化等6個(gè)物理和化學(xué)過(guò)程3，前5個(gè)過(guò)程速度較快，在1、2、3

11、、4、5五個(gè)流型區(qū)域中已基本完成，而氣化反應(yīng)除在上述五區(qū)中進(jìn)行外，主要在管流區(qū)6中進(jìn)行。煤漿顆粒在氣化爐內(nèi)的氣化過(guò)程經(jīng)歷了以下步驟4：顆粒的湍流彌散、顆粒的振蕩運(yùn)動(dòng)、顆粒的對(duì)流加熱、顆粒的輻射加熱、煤漿蒸發(fā)與顆粒中揮發(fā)分的析出、揮發(fā)產(chǎn)物的氣相反應(yīng)、煤焦的多相反應(yīng)、灰渣的形成。4.2工業(yè)運(yùn)行新型多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化屬氣流床氣化技術(shù)，主要包括煤漿制備、輸送單元，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化單元，煤氣初步凈化單元，含渣水處理單元。 德州華魯恒升多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置運(yùn)行情況德州大氮肥國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目，氣化部分同時(shí)建設(shè)三臺(tái)水煤漿氣化爐，均為750噸煤/日，壓力6.5Mpa,兩開(kāi)一備，其中一臺(tái)為多噴嘴對(duì)置式新

12、型氣化爐，于2004年12月一次投料成功，2005年6月2日正式運(yùn)行，2006年3月國(guó)家組織對(duì)大氮肥國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)考核表明，氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率99.9，有效氣成分達(dá)84，渣中含碳量5，每天比相同規(guī)模的引進(jìn)水煤漿氣化裝置多創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約5萬(wàn)元。 兗礦國(guó)泰化工多噴嘴水煤漿氣化裝置運(yùn)行情況兗礦國(guó)泰與華東理工大學(xué)共同承擔(dān)“十五”國(guó)家“863”項(xiàng)目，在國(guó)泰建設(shè)多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)工業(yè)示范裝置及配套工程。采用兩臺(tái)1150噸煤/日，壓力4.0Mpa多噴嘴氣化爐，配套24萬(wàn)噸甲醇/年，71.8MW聯(lián)合發(fā)電，供20萬(wàn)噸醋酸/年。多噴嘴氣化爐2003年5月開(kāi)工建設(shè)，2005年10月投入工業(yè)運(yùn)行（期間經(jīng)歷非典）

13、，2005年12月通過(guò)中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)的連續(xù)168小時(shí)現(xiàn)場(chǎng)考核（考核指標(biāo)見(jiàn)表1），2006年1月通過(guò)技術(shù)鑒定，認(rèn)為該技術(shù)處于水煤漿氣化技術(shù)的國(guó)際領(lǐng)先水平。該裝置運(yùn)行穩(wěn)定， 2006年生產(chǎn)甲醇23.6萬(wàn)噸，第一年就基本達(dá)到了設(shè)計(jì)能力，截至2007年4月，我國(guó)首臺(tái)日處理1150t煤的多噴嘴對(duì)置式新型水煤漿氣化爐，在兗礦國(guó)泰化工有限公司實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行68天，工藝燒嘴連續(xù)使用83天，創(chuàng)造了該種爐型連續(xù)運(yùn)行時(shí)間的新紀(jì)錄。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了帶壓連投技術(shù)，到目前為止，累計(jì)進(jìn)行了10次帶壓連投操作，節(jié)省費(fèi)用近700萬(wàn)。實(shí)踐證明該多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)成熟可靠。表1多噴嘴氣化技術(shù)與德士古氣化技術(shù)主要技術(shù)數(shù)據(jù)

14、比較工業(yè)爐型單爐規(guī)模t/d原料煤種CO+H2%比氧耗Nm3O2/KNm3CO+H2比煤耗Kg煤/KNm3CO+H2C轉(zhuǎn)化率魯化Texaco【1】400北宿水洗煤82833365479697國(guó)泰多噴嘴【1】1150北宿水洗煤84.930953598.8上海焦化Texaco【2】500神府煤8141263895渭河Texaco【3】750華亭煤7841562795安徽淮化集團(tuán)【4】500華亭、義馬混煤7742570895【1】考核、運(yùn)行同期現(xiàn)場(chǎng)操作數(shù)據(jù)【2】化肥工業(yè)，31（2），2004，3740【3】大氮肥，28（1），2005，2528【4】德士古氣化技術(shù)固體進(jìn)料用戶技術(shù)交流會(huì)論文集，2002

15、由上表可知：多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)已經(jīng)很成熟，各項(xiàng)工藝指標(biāo)均優(yōu)于Texaco水煤漿氣化技術(shù)，特別是魯化Texaco、國(guó)泰多噴嘴,均使用北宿水洗煤，可比性更強(qiáng)，國(guó)泰多噴嘴主要技術(shù)指標(biāo)比Texaco有較大提高。4.3運(yùn)行特點(diǎn)：1）技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)。國(guó)泰多噴嘴氣化爐與魯化Texaco爐同期運(yùn)行數(shù)據(jù)比較，有效氣成分提高23個(gè)百分點(diǎn)，CO2含量下降23個(gè)百分點(diǎn)，碳轉(zhuǎn)化率提高23個(gè)百分點(diǎn)，比氧耗降低7.9，比煤耗降低2.2。2）多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)采用四噴嘴撞擊流、預(yù)膜式噴嘴，加強(qiáng)混合，強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞。德士古水煤漿氣化技術(shù)為單噴嘴，流場(chǎng)為受限射流，物料停留時(shí)間分布寬，碳轉(zhuǎn)化率低，射流以較大速度沖刷耐火磚。3

16、）復(fù)合床洗滌冷卻使液位平穩(wěn)，有效避免了Texaco爐子激冷室液位波動(dòng)，帶水帶灰問(wèn)題，粗合成氣與黑水溫差比Texaco小10，表明其傳熱、傳質(zhì)效果好。4）粗合成氣分級(jí)凈化，節(jié)能、高效、壓降小，分離效果好（含塵量小于1mg/Nm3）。5）含渣水直接換熱，優(yōu)于Texaco直接換熱，蒸發(fā)熱水塔出氣溫度與灰水溫差僅4，克服了間接換熱設(shè)備易結(jié)垢堵塞問(wèn)題，也提高了換熱效率（Texaco閃蒸汽、冷凝液兩相溫差最大60）。6）投資。裝置國(guó)產(chǎn)化率高，沒(méi)有專(zhuān)有設(shè)備,專(zhuān)利費(fèi)為引進(jìn)的德士古水煤漿氣化的1/31/2,從以上的運(yùn)行指標(biāo)可以看出，多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化比引進(jìn)的德士古水煤漿氣化運(yùn)行費(fèi)用要低得多。7）兗礦集團(tuán)有限公司、華東理工大學(xué)提供強(qiáng)大的工程與技術(shù)支撐。 8）對(duì)環(huán)境影響較小。氣化過(guò)程不產(chǎn)生焦油、萘、酚等污染物，易處理，高溫排出的融渣，冷卻固化后可用于建筑材料。9）實(shí)現(xiàn)帶壓連投技術(shù)，在氣化爐及后系統(tǒng)不停車(chē)的情況下解決故障，帶壓投料，提高了有效生產(chǎn)時(shí)。到目前為止，累計(jì)進(jìn)行了10次帶壓連投操作，節(jié)省費(fèi)用近700萬(wàn)。結(jié)論 通過(guò)以上分析對(duì)比，以及多噴嘴爐子一年多的示范運(yùn)行，可知多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)是成熟的、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平的大型煤氣化技術(shù)。目前工業(yè)運(yùn)行有3臺(tái)氣化爐，正在設(shè)計(jì)建設(shè)的有六家企業(yè)，15臺(tái)氣化爐，其市場(chǎng)推廣正處于強(qiáng)勁勢(shì)頭，我們?nèi)ν扑]這一爐型。參考文獻(xiàn)1. 譚可榮,